CN1533422A - 非水传热流体及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非水、低毒的多元醇基传热流体，其中含有至少一种可减小乙二醇毒性的，作为醇脱氢酶酶抑制剂的多元醇，如丙二醇。所述传热流体还含有可溶于用作传热流体的多元醇的缓蚀剂。所述传热流体可以用作例如汽车发动机的内燃机冷却剂、电或电子组件的冷却剂、太阳能加热系统的传热流体或在工业加工中用于保持温度的传热流体。本发明还提供了在安装本发明的传热流体之前为了吸收热交换系统中的水而配制的低毒流体，该流体由至少含有一种多元醇，优选丙二醇的乙二醇组成，其中多元醇的作用是作为醇脱氢酶酶抑制剂。
Description
相关申请
本申请是2001年7月19日提交的美国专利申请序列号09/910,497的部分继续申请。
发明领域
一般来讲，本发明涉及用于热交换系统，例如用作内燃机冷却剂、电或电子组件的冷却剂、太阳能加热系统的传热流体或在工业加工中用于保持温度的传热流体的实质上非水的、低毒的传热流体。本发明还涉及为安装所述的非水传热流体而配制的用于由热交换系统中吸收残余水的可相容的低毒配制流体。
发明背景
传热流体用于各种用途。传热流体的一个通常的用途是作为内燃机的冷却剂。目前使用的大多数传热流体含有与乙二醇(EG)混合的水，乙二醇是一种因不当排放而能够引起环境污染的有害物质。如果摄入这些流体，能够对人和其他动物产生危险的健康影响。另外，由于与用过的传热流体接触时会产生健康影响，这是由加入防止与水有关的反应的重金属元素沉淀物和有毒抑制剂的污染引起的。
仅在美国，每年出售的传热流体浓缩物就接近7亿加仑，全世界大约出售12亿加仑。浓缩物是一种制剂，在其中加入实质性的水部分形成实际的传热流体。由这些浓缩物制造的传热流体的一些是代替类似的但用过的传热流体，这些用过的传热流体是从汽车发动机冷却系统等的传热系统排出的。估计浓缩物的很大一部分都处理不当，这对环境产生污染。用户的处理不当是引起环境污染的一个主要原因。另一个主要的环境污染源是从重型车辆泄漏、溅出和溢出。重型车辆的经验显示，由于系统构件如水泵、软管夹或散热器芯的泄漏，每运行12000至18000英里，通常会损失发动机传热流体体积的10％。对于典型的公路卡车，这种损失率等于约1加仑/月，相当于每分钟一滴的泄漏率。每分钟一滴的传热流体泄漏率可能不会注意到，但加起来是一个相当大的损失。
在某些使用重型车辆的作业中，溢出所占的传热流体损失远比水泵、软管夹或散热器芯的低水平泄漏更多。溢出是于过热或发动机冷却系统装得过满造成的。当发动机冷却系统装得过满时，发动机的运转加热传热流体，引起流体膨胀，使其不能容纳在系统中。泄压阀线通常允许过量的流体漏到地面上。传热流体的少量溅出和泄漏(少于1加仑)最终将生物降解，对环境的影响很小。但是，在发生生物降解前，这些溅出和泄漏对于宠物和野生生物存在毒害危险。
目前的发动机冷却剂制剂通常使用水作为主要的除热流体。根据冬季气候的严重程度，发动机冷却剂的水含量通常为30体积％-70体积％。常规的发动机冷却剂的第二主要成分是冰点降低剂。最通用的冰点降低剂是EG，其以占发动机冷却剂体积的30％-70％的量加入水中，防止冬季水结冰。EG是一种多元醇，是具有一个以上羟基(OH)的醇。许多多元醇(例如，二甘醇、三甘醇、四甘醇、丙二醇、二丙二醇和己二醇)在加到水中时可降低水的冰点并提高水的沸点。发动机冷却剂配方中最通用的多元醇是EG，因为其对于该目的具有优良的特性，还因为其是最便宜的多元醇。
除水和EG外，还包括含有几种不同化学品的添加剂包(additivepackage)。这些添加剂用来防止腐蚀、空化、沉积物形成和起泡，且各自以占冷却剂浓缩物的0.1重量％-3重量％的浓度存在。所述添加剂通常与冰点降低剂混合，以形成抗冻剂浓缩物，该浓缩物可与水混合形成发动机冷却剂。作为EG的替代物，由多元醇丙二醇(PG)与添加剂组成的制剂已用作冰点降低剂，主要是由于与EG相比，PG具有更低的毒性等级。
同一冷却剂制剂不能用于所有的发动机，因为不同类型发动机有不同的要求。例如，重型发动机需要高浓度的亚硝酸钠作为添加剂，用来控制由空化引起的汽缸衬的铁腐蚀。当发动机冷却剂的实质性部分由水构成时，可能产生汽缸衬空化。例如当在重型发动机中使用50％水和50％EG(50/50 EG/W)时，冷却剂的工作温度(大约200°F，93.3℃)与冷却剂的沸点(在10psig时大约是250°F，121℃)非常接近。在部分循环中汽缸衬的振动在汽缸衬向离开冷却剂的方向运动时形成低压区，在汽缸衬向冷却剂的方向运动时形成高压区。在循环的低压区期间，冷却剂蒸发，在循环的高压区期间立即坍塌(collapse)而回到液体状态。高频率地重复冷却剂的蒸发和坍塌对汽缸衬造成冲击，腐蚀少量的铁。加入亚硝酸钠限制了冲击汽缸壁的蒸汽量。比较起来，在轻型发动机中使用亚硝酸钠不是必须的或理想的。当发动机冷却剂调制得不好时，平衡各种水与EG(或PG)的比例和不同添加剂的制剂的复杂性可能导致冷冻保护不当，以及堵塞散热器和加热器芯。如下面的讨论，这些问题中的很多是由于在发动机冷却剂中需要实质性部分的水所引起的。
重型和轻型汽车发动机的另一个区别是在重型发动机中使用辅助的冷却剂添加剂，以补充在作业时损耗的添加剂。在冷却剂寿命为20,000英里(32,186公里)至30,000英里(48,279公里)的客车中不使用或不需要辅助的冷却剂添加剂。重负荷作业在更换冷却剂之前通常要求200,000英里(321,860公里)至300,000英里(482790公里)。更长的冷却剂作业要求产生了定期补充重型发动机冷却剂中的抑制剂的需要。通用的辅助的冷却剂添加剂的例子包括亚硝酸钠、磷酸二钾、二水合钼酸钠和磷酸。
辅助的冷却剂添加剂必须与冷却剂体积化学平衡，为适当控制这可能是困难和昂贵的。添加剂的平衡不当可能对冷却系统构件和发动机产生严重的损害。如果冷却剂中辅助冷却剂添加剂的浓度太低，可能对发动机和冷却系统组件产生腐蚀和空化损害。另一方面，如果辅助添加剂的浓度太高，添加剂可能从冷却剂溶液中沉淀出来，并堵塞散热器和加热器芯。对辅助的冷却剂添加剂另一个担心的问题是在特定的条件下，它们可能难以适当地溶解在发动机冷却剂中。如果辅助的添加剂不能完全溶解，它们可能成为发动机的另一个堵塞来源。
二醇占常规的抗冻/冷却剂浓缩物的95重量％，并且与水混合后，占到车辆中使用的冷却剂的约30％-70％(体积)。由于EG与其他的二醇相比较为丰富且成本较低，因此几乎总是用EG调制常规的抗冻剂。使用EG作为发动机冷却剂的冰点降低剂的一个主要的缺陷是摄入时其对人和其他哺乳动物具有高毒性。毒性通常按照称为LD50评价系统的等级系统进行测定，它是以单位剂量喂食给实验大鼠时，引起50％的实验大鼠死亡的物质的量，以毫克/千克体重表示。LD50值越低，说明毒性更大(即，更少量的物质可能是致命的)。低于或等于5000毫克/千克体重(mg/kg)的LD50值可以将抗冻剂浓缩物分类为危险品。由于EG的LD50值为4700mg/kg，因此EG被该评价系统评定为有毒。另外，已知EG是以较低浓度对人有毒的物质。
与EG相关的毒性是由于EG的代谢物引起的，有些代谢物是有毒的。当EG被摄入时，它被醇脱氢酶(ADH)代谢，转化成羟基醛(glycoaldehyde)。羟基醛进一步代谢成为乙醇酸[甘醇酸酯(glycolate)]。乙醇酸的累积可以引起代谢性酸中毒症。另外，乙醇酸的累积与动脉中碳酸氢盐的减少有关。某些乙醇酸代谢成为乙醛酸(glyoxylic acid)，它可进一步代谢为草酸(oxylate)。草酸与血流中的血钙结合，成为草酸钙结晶沉淀下来。
摄入EG后观察到的典型症状包括阴离子间隙代谢性酸中毒、低血钙、心力衰竭和急性少尿性(oliguric)肾衰竭。在很多情况下，可以在全身发现草酸钙结晶。在肾脏中，草酸钙结晶可以引起急性肾衰竭，或者与之有关。
根据毒物排放目录公告(Toxic Release Inventory Reporting)，申诉公告(Notice of Receipt of Petition)联邦注册，Vol.63，No.27，1998年2月10日的报告，EG对人的致死剂量大约是1,570mg/kg体重。因此EG被很多管理机构列为危险品。此外，EG还有一个复杂的问题是其具有甜味，因此使其容易吸引儿童和动物。
由于EG的毒性，近年来在许多抗冻剂制剂中使用含有约95％PG和添加剂的基本流体浓缩物用作EG与添加剂的替代物。与EG的LD50值4700mg/kg相比，PG的LD50值为20000mg/kg。PG被认为基本无毒，已被美国食品及药物管理局(U.S.Food and Drug Administration)批准为食品添加剂。对更广泛使用PG作为抗冻剂浓缩物的基本流体的障碍是与EG相比，其价格较高。
所有的常规抗冻剂浓缩物不论是基于EG或PG，其制剂中都含有水。EG抗冻剂浓缩物在其制剂中需要小百分比的水，因为EG本身及不添加水时在+7.7°F(-13.5℃)凝固。必须添加少量的水以降低冰点。添加占乙二醇体积的4％的水将混合物的冰点降至-3°F(-19.4℃)。PG的冰点(其本身或不添加水)相对较低，为-76°F(-60℃)。但是，由于某些所需的添加剂不易溶解于EG或PG，因此在所有的常规浓缩混合物中添加水。在冷却剂浓缩物中通常含有3-5重量％的水，以溶解在二醇中不溶解的某些添加剂。加入的水对常规的浓缩物保持添加剂溶解是关键的，特别是当浓缩物长期储存时。
尽管有意地在有EG和PG浓缩物中加入3-5重量％的水以溶解水溶性的添加剂，但仅添加水对于长期保持添加剂溶解是无效的。为长期储存，常规的冷却剂浓缩物必须定期搅拌，以保持溶液中的添加剂，直到将浓缩物与水混合制成最终的冷却剂混合物。如果以浓缩物储存期过长(超过6-8月)，一种或多种添加剂可能会从溶液中沉淀出来并累积在容器底部，形成凝胶。凝胶化的添加剂将不会返回溶液中，即使搅拌也不能。即使在发动机冷却剂与水混合时，例如50/50EG/水，如果不定期通过运转发动机进行搅拌，水溶性的添加剂也能形成凝胶。这对于用在固定的应急用泵和发电机中的发动机以及军事和其他有限应用的发动机可能是一个严重的问题。
加到浓缩物中形成发动机冷却剂的水也可能引起形成具有潜在毒性的产物。水在升高的温度下可能与冷却系统中的金属表面具有很高的反应性。水能够与散热器中的铅和铜材料(包括黄铜和铅焊料)反应。结果，重金属如铅和铜等的沉淀物，能够在发动机的循环冷却剂中悬浮。水也与轻金属如铝具有很高的反应性，并且冷却剂的水部分能够产生大量的铝沉淀物，特别是在较高的冷却温度下。即使加入添加剂控制这些反应，含有约50/50的EG和水的混合物的常规发动机冷却剂也经常损失铝。
使用常规二醇/水冷却剂的发动机冷却系统中金属表面的腐蚀也是由冷却剂中形成有机酸，如丙酮酸、乳酸、甲酸和乙酸而引起的。当存在热金属表面、来自截留的空气或水中的氧、强充气和催化氧化过程的金属离子时，多元醇如EG和PG能够产生酸性氧化产物。另外，在存在铜时，在200°F(93.3℃)或更高温度下冷却剂溶液中乳酸和乙酸的形成被加速。在铝的存在下，在200°F(93.3℃)或更高温度下冷却剂溶液中乙酸的形成进一步被加速。这些酸能够降低冷却剂的pH。在发动机冷却系统的金属和合金中，铁和钢对含有有机酸的溶液的反应性最强，而轻金属和合金如铝，反应性显著低。
为抵消有机酸的影响，常规的EG或PG基的浓缩物在其配方中含有缓冲剂。缓冲剂的作用是当形成有机酸时，使发动机冷却剂的pH保持在约10-11的范围内。典型的常用缓冲剂的一些例子包括四硼酸钠、四硼酸钠十水合物、苯甲酸钠、磷酸和巯基苯并噻唑钠。这些缓冲剂也需要水，以进入和保留在溶液中。当冷却剂溶液中的缓冲剂随时间而消耗时，冷却剂的水部分与热、空气和发动机的金属反应，结果，由于形成酸而使pH下降。
除缓冲剂外，所有目前使用的和先前已知的发动机冷却剂需要抑制剂以控制冷却剂的水成分的腐蚀作用。必须平衡抑制剂，以避免其相互反应而降低其各自的有效性。例如，磷酸盐和硼酸盐能够削弱由硅酸盐提供给铝的腐蚀保护。另外，抑制剂不能过量使用(试图延长消耗时间)，因为这会由于沉淀而对系统构件造成损害，造成散热器和加热器芯管的堵塞。另外，硅酸盐、硅酮、硼酸盐和磷酸盐具有化学磨蚀性，能够腐蚀热交换管和泵叶轮。然而，抑制剂必须仍以适宜的浓度存在以保护所有金属。
所有目前使用的冷却剂制剂中需要添加水，以溶解添加剂如缓冲剂、缓蚀剂和消泡剂。另外，这些水溶性添加剂需要热、剧烈搅拌和延长的时间以使水反应并使得添加剂溶解。这些大大提高了成本，增加了抗冻剂浓缩物的制剂和包装的成本和复杂性。在包装之前，所需混合能量成本和时间是加工成本的一个主要因素。另外，由于这些添加剂中有许多可能相互干扰，可能产生不完全溶液和调制过程失败，因此必须经常地监控调制过程以确保适当混合。
因此，在已知的冷却剂浓缩物制剂中包含的添加剂包可以由5-15、通常为8-15种不同的化学品组成。根据在发动机冷却剂制剂中的用量，这些添加剂被分成主要和次要的种类。
主要(0.05％至3％) 次要(＜0.05％)
缓冲剂 消泡剂
缓蚀剂 染料
空化抑制剂 阻垢剂(scale inhibitor)
表面活性剂
螯合剂
此外，某些添加剂自身，例如硼酸盐、磷酸盐和亚硝酸盐被认为有毒。因此，不仅所有含有添加剂的已知冷却剂浓缩物制剂包括需要热、剧烈搅拌和延长时间使水反应并使得添加剂溶解，而且添加剂本身有时也有毒。另外，在避免冷却剂中过量存在任一种添加剂的同时，添加剂需要复杂的平衡来防止添加剂间的干扰。
本申请人有一个在1997年12月17日提交的共同未决的美国申请，序列号为08/991,155，其是1995年3月23日提交的序列号为08/409,06的美国专利申请的部分连续申请，各申请的内容通过引用并入本文。
因此，本发明的一个目的是克服现有技术的一个或多个缺点和不足，提供一种毒性低、非水的传热流体。
发明概述
本发明涉及一种传热流体，其使用多元醇，优选丙二醇(PG)或丙二醇与乙二醇的混合物(PG和EG)作为基本流体而不添加水，因此称为非水。不需要在非水传热流体中使用水作为溶解添加剂的手段，因为所使用的唯一添加剂是可溶于纯PG和EG中的缓蚀剂。通过避免使用需要用水进行溶解的缓蚀剂，本发明的制剂易于混合并需要更少的混合时间，从而降低了混合成本。本发明不含水的多元醇基传热流体(优选PG或PG与EG)使用一种独特的配制过程，生成一种完全配制的和稳定的、非水的传热流体，适合用作发动机的冷却剂。
根据本发明的第二方面，提供一种无毒的EG基非水传热流体。本发明人已经公开了PG可作为ADH酶抑制剂，可缓解或预防EG代谢成与EG的毒性有关的有毒的代谢物，当将PG与EG混合时，即使EG的比例高达99wt％，所得到的混合物也基本无毒。本发明人发现多元醇甘油也可以作为ADH酶抑制剂，甘油与EG混合所得到的混合物也同样是基本无毒的。
本发明的一个优点是根据所选择的多元醇，所得到的非水传热流体适于在环境温度至+130°F(54.4℃)或更高温度的环境条件下用作发动机冷却剂，用于发动机冷却剂的非水传热流体可在冷到-76°F(-60℃)的环境温度下进行混合。
本发明的另一个优点是，当所述的非水传热流体用于如美国专利4,550,694；5,031,579；5,381,579；5,381,762；5,385,123；5,419,287；5,868,105和6,053,132公开的那些冷却系统时，所述的冷却剂体系能够在显著更低的压力下作业，从而减轻了对发动机系统构件的压力。本发明的非水冷却剂的润滑性对于橡胶是有益的，可使得泵密封、软管和系统构件正常地持续运行150000英里(241,395公里)或更长，这大大地降低了冷却剂因泄漏到环境中而产生的损失，同时还降低了过热。
本发明的再一个优点是多年储存时，缓蚀剂在不搅拌的情况下可保持溶解。另一个优点是本发明的非水冷却剂不会引起汽缸衬空化，因此，不需要为重型发动机另外制剂，例如不需要添加亚硝酸钠以防止汽缸衬的空化腐蚀。
本发明的另一个优点是本发明完全配制的非水传热流体由于缺水而实质性地减少了，且在大多数情况下消除了由重金属如铅和铜的沉淀物造成的污染问题。另外，由于本发明非水配制的冷却剂不涉及pH(酸度)，因此，不需要添加剂如硼酸盐和磷酸盐。
本发明的另一个优点是所述的冷却剂制剂的基本无水的特性消除了其他的基于水、空气、热和金属的反应，因此不需要使用控制这些反应的添加剂。被消除的反应和添加剂包括：
1.消泡反应/硅酮和聚二醇添加剂，
2.铝腐蚀/硅酸盐，
3.空化腐蚀/亚硝酸盐，
4.阻垢剂/聚丙烯酸酯，和
5.防污/清洁剂。
本发明的另一个优点是创制了非水、低毒的传热流体，该流体适合用于热交换系统，以冷却电或电子元件。本发明的另一个优点是创制了非水、低毒的传热流体，该流体适合用于热交换系统，以将太阳能转化为可利用的热能。当把本发明的低毒传热流体应用于太阳能的转化时，不再需要使用有特殊双层壁的热交换器来防止传热流体造成的污染。
本发明的非水传热流体可由两种不同的方法制备。在第一种方法中，将添加剂与一定量的多元醇基本流体如PG或PG和EG混合并溶解在其中，形成添加剂/基本流体浓缩物。添加剂完全溶解后，将浓缩的溶液混入集液槽，在其中填充了工业级PG或PG和EG。在第二种方法中，将粉末形式的添加剂直接引入散装混合槽中，在槽中填充了工业级PG或PG和EG。其中任何一种方法都很比目前用来将用在发动机中的传热浓缩物与水混合的方法容易且成本低。
本发明还提供了为安装本发明的非水传热流体而配制的用于由热交换系统中吸收残余水的可相容的低毒配制流体。该配制流体含有EG和PG，其中EG是主要组分，而PG的作用是作为ADH酶抑制剂。当需要用本发明的传热流体替代前述的水基传热流体时，所述的配制流体特别有用。
根据下面对本发明的详细说明，本发明的组合物和方法的其他优点将更显而易见。
附图简述
因此，参照附图，所属领域的普通技术人员对本发明主题将更容易理解，其中：
图1是冰点对PG和EG混合物中PG的重量百分数的图。
图2是表示乙二醇和丙二醇与缓蚀剂的混合物的预期LD50的图，其中缓蚀剂的总浓度恒定为1.5％(重量)。
图3是表示乙二醇和丙二醇混合物(重量)的预期LD50的图。
图4是表示乙二醇和甘油混合物(重量)的预期LD50的图。
图5是表示100％PG和30重量％PG/70重量％EG混合物的粘度-温度图。
图6是表示100％PG和30重量％PG/70重量％EG混合物的导热率-温度图。
图7是表示100％PG和30重量％PG/70重量％EG混合物的比热-温度图。
图8是表示100％PG和30重量％PG/70重量％EG混合物的密度-温度图。
优选实施方案的详细描述
本发明涉及多元醇基的非水传热流体，其中含有在多元醇中基本完全溶解并且不需要水来溶解的添加剂。所述的非水传热流体的多元醇部分包括至少一种作为ADH酶抑制剂的多元醇。本文和权利要求书中使用的“作为ADH酶抑制剂”是指这样的一种物质，当将其与EG混合并摄入时，不会出现与EG毒性有关的各种EG有毒代谢物，或者所述有毒代谢物的生成基本被消除。EG代谢产生有毒代谢物的作用造成了EG的毒性。EG代谢的第一步是将EG转化为羟基醛，接着进一步代谢产生高毒性的代谢物。当所述传热流体被一起摄入时，通过在EG-基传热流体中包含有作为ADH酶抑制剂的物质，可以减少或防止生成EG的有毒代谢物。本发明人已经发现PG和甘油都可以作为ADH酶抑制剂。
优选的，多元醇部分由PG或PG与EG的混合物组成。以下将说明本发明的优选实施方案。此处公开的优选实施方案应理解为本发明的基本原理的示例，不能理解为将本发明限定于所述的实施方案。基于本发明的教导，在不背离本发明公开的精神和范围的情况下，对本领域的普通技术人员来说，各种变更将是显而易见的。
在本发明的一个实施方案中，PG与EG的混合物用作非水传热流体的基本流体。非水传热流体可以含有占流体EG和PG总重量的0重量％至约99重量％范围内的任何量的EG。在一个具体的优选实施方案中，EG占流体中EG和PG总重量的大约70重量％，PG占大约30重量％。通过以下述的方式混合PG和EG，可以制备一种具有在大多数气候条件下可作为发动机冷却剂的理想物理性能，如冰点、粘度和比热的非水传热流体。
PG和EG的混合物的物理性能
PG和EG的化学结构很接近，两种液体可结合形成实际上有任意比例的均相混合物。将其混合后，所述的流体保持化学稳定，任一液体都不能从另一种液体中分离出来。结果形成了保持稳定混合状态的流体，这对于长期储存是重要的。
对于非水传热流体混合PG和EG的另一个优点是混合时，EG和PG将以大约相同的速率蒸发。这是由于两种液体的另一相似物理性能，其蒸气压相近。EG的蒸气压是200°F(93.3℃)时为10mmHg，PG在相同的温度下具有类似的蒸气压，为16mmHg。因此，这两种液体以大致相同的速率蒸发。与此相反，水在200°F下的蒸气压是600mmHg，因此当暴露于环境大气时，水比EG或PG蒸发的更快。
纯PG在-76°F(-60℃)凝固，纯的EG在7.7°F(-13.5℃)凝固。当EG和PG的混合物中的EG比例增加时，冰点上升。相反，PG在低温下实质上比EG更粘。但是，对于PG和EG的混合物而言，在任何给定的温度下随着EG百分比增加，该混合物的粘度下降。
在含有30/70PG/EG混合物的传热流体的优选实施方案中，冰点是-35°F(-37.2℃)，这对于所有，而且大多数严酷的极地环境是令人满意的。如图5所示，当EG与PG混合时，传热流体的粘度意外地改善。30/70PG/EG混合物在-35°F(-37.2℃)下的粘度为约1500厘泊(cp)，与此相比，纯PG在相同温度下的粘度为约10000cp。在仅PG用作冷却剂中的基本非水传热流体的实施方案中，为了适应较高的粘度，可能需要改变系统装置的冷却剂通道的尺寸和流速。在本发明30/70PG/EG(重量)的实施方案中，就其低温下的粘度可以使用该非水传热流体而不必改变冷却剂通道的尺寸或流速。所述30/70PG/EG非水传热流体和发动机冷却剂已在发动机冷却剂系统中进行了试验，所述的冷却剂系统受到冷环境限制，在低温下与100％非水PG一起工作时，过去需要对散热器、加热器芯和泵重新设计。现发现使用30/70PG/EG非水流体在低至-20°F(-28.8℃)的环境温度下不需要对散热器、加热器芯或泵重新设计就可适当地工作。
由于发动机中可能存在高温，因此，基本流体的沸点、导热性和比热在配制用于发动机冷却剂的传热流体时也是重要的因素。在常压下，PG的沸点是369°F(187.2℃)，这对于用作发动机冷却剂是令人满意的。EG在常压下的沸点为387°F(197.3℃)，也令人满意。对于用作发动机冷却剂的非水传热流体的常压沸点，可接受的上限是约410°F(约210℃)。如果常压沸点显著地高于410°F，则冷却剂和发动机金属临界温度可能变得过热。许多多元醇由于具有不可接受的高沸点而本身无法用作非水冷却剂。例如，二甘醇、三甘醇和三丙二醇的沸点分别是472.6°F(244.8℃)、545.9°F(285.5℃)和514.4°F(268℃)。尽管这些多元醇本身作为非水冷却剂是不可接受的，但其中的任一种都可以以低浓度(例如约10重量％)与EG和/或PG组合，制备具有可接受的沸点的非水传热流体。优选本发明非水传热流体仅含有PG和EG。PG和EG的混合物的沸点落在纯PG和纯EG的沸点之间，它们对于非水发动机冷却剂都是令人满意的。例如，优选的30/70PG/EG混合物的沸点为375°F(190.5℃)。
在传热流体制剂中的多元醇不能有太低的沸点。所述流体的性能取决于在所述流体的操作温度和流体的沸点(在100°F，55.6℃或更高的水平)之间应保持基本的温差。作为ADH酶抑制剂的多元醇的沸点不应比EG的沸点(387°F，197.3℃)低的太多，这样该抑制剂的蒸汽压就可以使其由混合物中蒸发出来。根据这二个理由，所述的多元醇发沸点不应低于大约302°F(150℃)。
由30/70PG/EG组成的非水传热流体的导热性相对于纯的PG也有所改善。图6比较了100％非水PG的导热性与30/70PG/EG混合物的导热性。如图6所示，在0°F(-17.8℃)至250°F(121.1℃)的工作温度范围内，30/70PG/EG混合物的导热性大约比100％PG的导热性好25％。
图7说明了30/70PG/EG混合物的比热略小于100％PG的比热。这种损失由于30/70PG/EG混合物的密度比100％PG大而得到了补偿。如图8所示，30/70PG/EG混合物的密度比100％PG大约高5％，对于给定体积的传热流体，30/70PG/EG混合物的质量增加除抵消比热的略微下降外还有富余。
与PG结合的EG的毒性试验
现意外发现，在EG中加入PG使传热流体基本无毒。进行极限试验和范围试验，以确定PG/EG混合物的最终LD50值。极限试验确定了LD50值是否在特定剂量以上或以下。范围试验是一系列极限试验，确定LD50值所处的范围。在使用具有确定LD50值的物质混合物对大鼠进行任何试验之前，进行了LD50值的数学计算。
摄入越少的毒性物质，其毒性影响就越低。因此，当摄入有毒物质和无毒物质的混合物时，其中有毒物质的浓度下降，必须摄入更多的混合物才能产生与纯物质相同的毒性作用。例如，EG本身的急性口服(大鼠)LD50值为4,700mg/kg。如果EG与完全无毒的物质混合，从而使混合物中EG占1/2，则该混合物的急性口服(大鼠)LD50值估算为9,400mg/kg，或是EG自身值的二倍。这种估算是合理的，因为相同量的混合物仅含有1/2量的EG。
PG的急性口服(大鼠)LD50值为20,000mg/kg。如世界卫生组织农药危险品分类和1998-99分类指南(World Health OrganizationClassification of Pesticides by Hazard and Guidelines to Classification1998-99)所述，含有已知LD50值的物质的混合物其LD50值可以按下式计算：
CA/TA+CB/TB+…+CZ/TZ＝100/TMxtr
式中：
C＝组分A、B…、Z在混合物中的％浓度，
T＝组分A、B…、Z的急性口服(大鼠)LD50值，
TMxtr＝计算的混合物急性口服(大鼠)LD50值。
使用上面的方程式，计算了含有PG和抑制剂的多种EG混合物的预期急性口服(大鼠)LD50值。计算结果用图的方式表示在图1中。
进行急性口服毒性试验，以确定本发明的PG和EG混合物的毒性。该试验在美国环境保护署(EPA)认证的实验室进行，按照美国食品和药物管理法(United States Food and Drug AdministrationRegulations)21C.F.R.Part 58和EPA商品实验室检测标准(GoodLaboratory Practice Standards)40C.F.R.Part 792中所述的标准“GLP”。试验方法进行。如下所述，该试验的结果出人意料地显示，PG与EG的混合物比基于混合物的标准毒性计算估计的毒性实质上更低。
试验制剂由68.95重量％EG、29.55重量％PG和总量1.5重量％的缓蚀剂组成。PG在混合物中的分数与多元醇总量相比为30％，EG的分数为70％。参照图2，该制剂的预期LD50值为5,762mg/kg，比乙二醇的LD50值4,700mg/kg高约23％。进行范围试验，其中大鼠施用了最大可能剂量约21,000mg/kg(完全充满大鼠胃的量)。没有大鼠死亡的报告，实际上所有的大鼠在试验期间体重都有明显增加。
该结果完全出乎意料，因为试验制剂的毒性是如此低(尽管乙二醇具有实质性浓度)，以至于无法确定LD50值；即，该制剂没有LD50值。由于PG确实具有LD50值(以剂量20,000mg/kg施用时，一半PG大鼠死亡)，根据本发明配制的试验非水冷却剂实际上比PG本身的毒性更低。
用含有95wt％的EG和5wt％PG的制剂进行范围试验。参见图3，此制剂预期的LD50值为4,904mg/kg，仅比乙二醇的LD50值4,700mg/kg高约4％。在此范围试验中，在5,000mg/kg和10,000mg/kg剂量时没有大鼠死亡，在20,000和25,000mg/kg剂量时大鼠全部死亡，在15,000mg/kg剂量水平时二分之一的大鼠死亡。所进行的试验说明其LD50值接近15,000mg/kg，该数值说明所述的流体的毒性非常低。
EG和PG混合物的毒性试验结果说明其毒性是出人意料的。如果不局限于任何理论，本发明人确信PG是ADH酶抑制剂。在EG制剂中加入PG，在同时被摄入时，可使EG向羟基醛的转化大大减少或完全被阻止。不形成羟基醛，就不会产生进一步的代谢产物乙醇酸、乙醛酸和草酸。就不会出现酸毒中症、草酸钙结晶沉淀、低血钙、肾衰竭和EG中毒的所有其它特征症状。PG所提供的抑制作用一直保持到EG由体内排出。
即使在EG中混入少量的PG都可以得到无害的混合物，这一发现的意义在于虽然把被认为是比现有产品中大的多的百分数的EG掺入PG和EG非水冷却剂，也不会引起毒性问题。
用5,000mg/kg剂量对该混合物进行范围试验，其中在多元醇总量中PG和EG的百分数是10％/90％，5％/95％，4％/96％，3％/97％，2％/98％和1％/99％。在各种情况下都没有大鼠死亡。EG的LD50值为4,700mg/kg而言，说明在此剂量时有一半的大鼠死亡。在上述六项研究中，在5,000mg/kg剂量时，所有的大鼠都没有死亡。此事实的意义是具有多元醇总量95wt％EG的非水冷却剂制剂仍然有增加EG含量而不会使冷却剂有毒。
与甘油结合的EG的毒性试验
极限试验用甘油和EG的混合物进行，其中含有20wt％甘油和80wt％EG。参见图4，该制剂预期的LD50值为5,374mg/kg，或比EG的LD50值4,700mg/kg大14％。在8,000mg/kg剂量进行极限试验，一只大鼠死亡，但与其它九只存活的大鼠相比，所述的死亡大鼠似乎是不正常的。在试验的二周内大鼠的经验体重增长21％-53％。
用含有95wt％的EG和5wt％甘油的制剂进行范围试验。参见图4，此制剂预期的LD50值为4,852mg/kg，仅比乙二醇的LD50值4,700mg/kg高约3％。在此范围试验中，在5,000mg/kg和10,000mg/kg剂量时没有大鼠死亡，在20,000和25,000mg/kg剂量时大鼠全部死亡，在15,000mg/kg剂量水平时二分之一的大鼠死亡(与含95wt％的EG和5wt％PG的类似试验结果完全一致)。所进行的试验说明95％/5％EG/甘油混合物的LD50值接近15,000mg/kg，该数值说明所述的流体的毒性非常低。此发现说明含有甘油的EG混合物，即使其含量很低，该混合物的毒性也非常小。本发明人确信，和PG一样，甘油也可以作为ADH酶抑制剂。
但是，发明人不认为含有三个羟基的多元醇甘油(沸点554°F，290℃)作为传热流体组分更优于PG。例如甘油比PG更贵、更粘，对低温应用来说，冰点太高。但是，在不是低温的情况下，在传热流体中使用浓度1％-10％(重量)的EG加甘油对减少毒性是满意的。可将甘油与PG混合，再将此混合物与EH混合。对大多数应用而言，PG和EG的混合物优于EG与甘油的混合物。
不管EG是与PG还是与甘油混合，所述的混合物在储存或使用条件下都是“安全”的，因为EG、PG和甘油基的流体有高饱和温度和低蒸汽压。由使用本发明冷却剂的发动机冷却系统排出、泄漏或其他不经意的排放进入环境的流体会保持与多元醇的混合浓度接近的比例，因此对环境基本无害。另外，如果不小心把EG加入到本发明的非水传热流体中，所得到的混合物中来自EG的毒性会减小，其减小会远远超过单纯的稀释所预期的，并且总的来说对环境基本无害。另外，在PG或甘油和EG的混合物中也可以存在其他低浓度的多元醇，而不会改变所述非水传热流体基本无害的特性。
缓蚀剂添加剂
本发明的非水传热流体仅使用溶于PG和EG，或溶于甘油和EG的添加剂，因此不需要为了溶解添加剂或是使其保持在溶液中而加水。除可溶于EG和PG或溶于甘油和EG的以外，各种选定的添加剂是对可能存在于发动机中的一种或多种特定金属的缓蚀剂。硝酸盐化合物如硝酸钠用作抑制铁或含铁合金，如铸铁腐蚀的添加剂。尽管硝酸钠的主要功能是防止铁腐蚀，但也稍有抑制焊料和铝腐蚀的作用。唑类化合物如甲苯基三唑用作铜和黄铜的缓蚀剂。钼酸盐化合物如钼酸钠主要用作铅(来自焊料)的缓蚀剂，但其对于降低许多其他金属的腐蚀也是有益的。值得注意的是，在非水传热流体的任何制剂中都不需要亚硝酸盐。
因此溶于PG和EG的添加剂的选择取决于哪一种金属关系到金属表面的腐蚀。通常加入硝酸钠、甲苯基三唑和钼酸钠以配制通用的传热流体，因为铁、焊料、铝、铜和/或黄铜经常用在发动机冷却系统的构件中。但是，如果添加剂作用对象的金属不存在，则这种添加剂可以减少或排除。例如，如果不存在铅基焊料，可减少钼酸钠的量，或根本不需要钼酸钠。
缓蚀剂可以以占配制传热流体的约0.05重量％至约5.0重量％的浓度存在，优选以小于3.0重量％的浓度存在。低于0.1重量％的溶液对长期抑制作用无效，但是超过约5.0重量％的溶液将导致添加剂沉淀。在一个优选的实施方案中，根据冷却剂的使用寿命，各种缓蚀剂存在的浓度为约0.3重量％至约0.5重量％。本发明的另一个优点是基于PG或基于PG和EG的非水流体对轻合金的腐蚀很小。因此，镁和铝这样的金属将产生很少腐蚀或没有腐蚀，则限制这些金属腐蚀的添加剂可以除去。
硝酸钠、甲苯基三唑和钼酸钠作为缓蚀剂使用具有很多优点。例如，这些添加剂在使用中不会很快地耗尽，因此不用改变或补充添加剂，所述的发动机冷却剂可以配制成许多形式的发动机和车辆无法获得的持续高达约10,000小时或400,000英里(643,720公里)的工作期限的最终制剂。这些溶于PG或PG和EG的添加剂的另一个优点是它们容易进入溶液或悬浮液并保持在溶液或悬浮液中，即使是以极高的浓度。这些添加剂将不会从溶液中沉淀出来，即使各添加剂的浓度高达5.0重量％。另外，这些添加剂将不会由于相互间的相互作用而显著劣化，所述添加剂没有磨损性，并且这些添加剂和冷却剂在同一工作期间保护所有金属，包括镁。
本发明的溶于非水PG或PG和EG的添加剂在很长期的使用期或英里数时不会耗尽，因此一般就排除了对于辅助的冷却剂添加剂的需要。然而，如果希望加入辅助的冷却剂添加剂，则由于辅助的冷却剂添加剂比含水冷却剂更容易进入本发明的稳定溶液或悬浮液，因此所述的非水制剂具有优点。另外，辅助的冷却剂添加剂易于以约0.05重量％至约5.0重量％的可能的宽浓度范围内保持适当平衡。
如果需要辅助的冷却剂添加剂，则辅助添加剂可以以干粉形式或以溶解的浓缩物直接加入冷却系统中。辅助添加剂可以添加到冷发动机(50°F或更高)中，并通过使发动机空转就可溶解到溶液中，而不会堵塞散热器或加热器芯。另外，由于各添加剂的优选目标基本溶液是约0.5重量％，以及饱和极限是约5.0％，因此不经意地添加不可接受量的辅助添加剂的机会很少。比较起来，目前的水基添加剂必须添加到热冷却剂中，然后剧烈运转(以进入溶液)，因此容易过热，可能引起散热器或加热器损害。
本文和权利要求书中使用的“非水”是指水仅以杂质的形式在非水传热流体中存在，优选水的起始浓度不超过约0.5重量％。最优选非水传热流体实际上不含水。尽管在使用时增加水是不希望的，但本发明能够适应某些水的存在。由于PG是吸湿性物质，因此水可以从大气进入冷却剂，或水可以从燃烧室漏到冷却剂中，从燃烧垫圈泄漏到冷却室中。尽管本发明的本质是避免水，但本发明允许一些水作为杂质；但是，冷却剂的水部分优选限定在低于约5.0重量％，更优选低于约3.0重量％。另外，本发明及相关的冷却系统可以容许来自于使用时吸附的水，最高浓度约10重量％，并且保持适度可接受的工作特性。
由于本发明的传热流体不含有实质量的水，与含水的传热流体相关的几个问题就不存在了。例如，含水的冷却剂能够在冷却系统中形成剧烈的汽泡(空化)，从而产生由蒸汽/气体的作用和水与金属的反应引起的铅和铜腐蚀。由于本发明本质上是非水的，因此冷却剂的汽泡被实质性地降至最小，并基本消除，从而减少了冷却剂中的重金属沉淀物的量。
在常规的水基冷却剂中，冷却剂的酸度是一个关注的问题。如果冷却剂为酸性，可能会增加金属表面的腐蚀。为避免酸性条件，常规的水基冷却剂需要缓冲剂以使冷却剂更碱性(pH上升至10-14)。为溶解这些缓冲剂(例如，磷酸盐、硼酸盐、碳酸盐等)，常规抗冻浓缩物中至少约5％量必须为水。本发明的非水传热流体不需缓冲，因为存在的酸酐将需要存在水形成酸。如果没有水，非水冷却剂就不会变成腐蚀性，也就不需要缓冲剂。
将非水传热流体的一个优选实施方案与下面的常规冷却剂制剂进行比较：
组 分： A.优选实施方 B.常规冷却剂
案 (EG抗冻浓缩物加水)
1)多元醇
a.PG或PG/EG混合物 重量％＞98.4
b.乙二醇 重量％- 46.75
2)水 重量％＜0.1 50.83
3)甲苯基三唑 重量％0.5 0.10
4)硝酸钠 重量％0.5 0.05
5)钼酸钠 重量％0.5 0.05
6)偏硼酸钠 重量％- 0.50
7)氢氧化钠 重量％- 0.12
8)苯甲酸钠 重量％- 1.50
9)亚硝酸钠 重量％- 0.05
10)偏硅酸钠 重量％- 0.10
参见图1，PG/EG混合物中PG和EG各自的重量百分数通常确定为达到所需冰点保护作用的最小比例的PG。例如对-35°F(-37.2℃)的冰点而言，多元醇混合物中PG的百分数是30重量％，EG是70％。该混合物的总重量百分数是＞98.4％，在完全配制的冷却剂中29.5％是PG。对于EG该数字为约68.9％。制剂的剩余部分是缓蚀剂，可能还有仅作为杂质存在的痕量水。
使用本发明的实施方案的腐蚀试验
实施例1
使用ASTM#D-1384(修订版)中所述的试验程序，进行此腐蚀试验。作为发动机冷却剂系统中存在的典型金属的六种物质完全浸入装在玻璃器皿中的试验冷却剂中。冷却剂“A”是本发明的非水传热流体，其中多元醇的比例是100％PG。冷却剂“B”是常规的发动机冷却剂制剂，由EG基抗冻浓缩物与水混合而成。
在ASTM试验程序中，通过玻璃器皿用空气鼓泡对冷却剂充气，并将冷却剂保持在190°F(88℃)的试验温度下336小时。改变该程序，以更准确地反映使用中的发动机冷却剂系统中的金属经受的条件。在对照温度215°F(101.6℃)下进行试验，以模拟重载使用。冷却剂“A”的试验没有施加充气，目的是更接近非水发动机冷却系统中的作业，例如美国专利4,550,694；4,630,572；和5,031,579；5,381,762；5,385,123；5,419,287；5,868,105和6,053,132中记载的发动机冷却系统。冷却剂“B”中的常规抗冻组合物按照ASTM#D-1384试验的正规方式进行了充气。试验完成时，通过各金属物质的重量损失测定腐蚀。试验结果如下所示：
1)轻合金发动机--铝或镁汽缸盖和汽缸体
Δ重量(mg) Δ重量(mg)
金属 冷却剂“A” 冷却剂“B” ASTM标准
镁 -1.3 ＞-1000 -50
铝 +0.3 -21.1 -30
钢 -0.5 -3.9 -10
铜 -3.7 -7.4 -10
焊料 -9.0 -19.2 -30
黄铜 -0.6 -5.1 -10
2)复合合金发动机--铝[部分]与铁或全部为铁
Δ重量(mg) Δ重量(mg)
金属 冷却剂“A” 冷却剂“B” ASTM标准
铸铁 +1.0 -6.2 -10
铝 +2.0 -18.6 -30
钢 0.0 -4.3 -10
铜 -3.0 -8.9 -10
焊料 -6.1 -19.7 -30
黄铜 0.0 -4.7 -10
重量正增加的结果的发生是因为从试验中使用的其他物质的瞬态物滤出，那些获得临时重量的金属由于自身的腐蚀实际上并没有损失任何重量。
实施例2
进行腐蚀试验以确定发动机冷却剂中的铸铝或镁合金在排热条件下的腐蚀量。将典型用于发动机汽缸盖或汽缸体的铸铝合金试样与试验发动机冷却剂溶液接触。冷却剂“A”为本发明的由100％PG组成的非水冷却剂。为模拟使用非水冷却剂的冷却剂系统的工作条件，使用冷却剂“A”的试验在275°F(135℃)的温度和2psig(13.79kPa)压力的条件下进行，该压力略微高于常压。试验冷却剂“B”含有ASTM规定的腐蚀性水，用来补足50/50PG/EG水冷却剂的水部分。冷却剂B的试验条件是模拟含水冷却剂发动机冷却系统中的条件，为温度275°F(135℃)，压力28psig(193kPa)。
各试验中，确定通过试样的热通量，并将试样保持在试验条件下168小时(1周)。由试样的重量变化(单位为毫克)测定试样的腐蚀。试验提供了对冷却剂溶液抑制铝以及镁在排热表面上的腐蚀的能力的评价。试验结果如下所示：
Δ重量(mg) Δ重量(mg)
金属 冷却剂“A” 冷却剂“B” ASTM标准
铝 0.067 1.61＜2
镁 0.18 5.79＜2
实施例3-现场试验
在路上操作一台3.8L V-6型发动机，试验期为55,000英里(88,511.5公里)。车辆的发动机冷却系统的结构如美国专利5,031,579所述。冷却剂“A”与上面的实施例1中记载的非水冷却剂相同。在试验期间，没有排放或更换冷却剂。将金属样品包放置在发动机冷却剂流(下软管)的全流内并随时保持没入冷却剂中。通过将试验期结束时试样的重量损失(单位为毫克)与ASTM试验标准比较，评价了试验冷却剂抑制金属腐蚀的能力。结果如下所示：
Δ重量(mg)
金属 冷却剂“A” ASTM标准
铸铁 -2.8 -10
铝 +0.2 -30
钢 -1.1 -10
铜 -1.3 -10
焊料 -3.7 -30
黄铜 -0.9 -10
起始pH +7.1 NA
最终pH +6.9 NA
制备方法
本发明的非水传热流体可以通过下述的方法制备。非水传热流体可以间歇式过程制备。首先，必须进行计算，以确定各成分的需要量。例如，进行下面的计算，以确定混合6500加仑非水传热流体时各成分的量：
1.确定6,500加仑最终产品的近似重量；
a.由配制的冷却剂的多元醇部分(数值范围为30％至100％)中所需的PG重量百分比(％PG)，根据下式计算混合多元醇的密度(磅/加仑)：
D混合PA＝100/((％PG/8.637)+(100-％PG)/9.281)
b.6,500加仑的估算重量(磅)：
EstWt6500＝D混合PA×6500
2.计算加到一批次的非水传热流体中的各成分的重量：
a.三种添加剂的每一种都占总重量的0.5％，
(1)称取0.005×EstWt6500的甲苯基三唑，
(2)称取0.005×EstWt6500的硝酸钠，
(3)称取0.005×EstWt6500的钼酸钠，
b.全部多元醇的重量(WtTotPA)为(1-0.015)×EstWt6500；
c.PG的重量为％PG×WtTotPA/100磅；
d.EG的重量为(100-％PG)× WtTotPA/100磅。
计算了各成分的量之后，可以使用多种方法将非水传热流体混合在一起。例如，将添加剂与将用在非水传热流体的主体中的一部分多元醇预混。在本发明的一个实施方案中，其中冷却剂的多元醇部分全部为PG，要制备的量为6,500加仑，该方法可以使用下面的步骤进行：
1.将3,300磅工业级PG放入添加剂槽中并加入下面的抑制剂：
a.甲苯基三唑 281磅
b.硝酸钠 281磅
c.钼酸钠 281磅
2.在室温60-70°F下使用标准的桨或螺旋桨或空气搅拌，混合20分钟；
3.在6,500加仑或更大的主槽中放入52,000磅工业级PG；
4.向主槽中加入添加剂槽中的内容物；
5.在室温60-70°F下使用标准桨或螺旋桨或空气搅拌，混合主槽中的内容物30分钟。
在本发明的实施方案中，所述传热流体由30重量％PG和70重量％EG组成，通过将添加剂与多元醇预混制备传热流体的方法可以如下所述：
1.在空添加剂槽中放入3,300磅工业级EG，并加入下面的抑制剂：
a.甲苯基三唑 295磅
b.硝酸钠 295磅
c.钼酸钠 295磅
2.在室温60-70°F下使用标准的桨或螺旋桨或空气搅拌，混合20分钟；
3.在空的6,500加仑或更大的主槽中放入17,435磅工业级PG；
4.在主槽中加入37,385磅工业级EG；
5.在主槽中加入添加剂槽中的内容物；
6.在室温60-70°F下使用标准桨或螺旋桨或空气搅拌，混合主槽中的内容物30分钟。
在制备传热流体的另一种方法中，可以将添加剂直接混入多元醇，并且可以省略预混步骤。对于由100％PG组成的传热流体，该方法至少按照下面的步骤进行：
1.在6,500加仑或更大的主槽中放入55,300磅工业级PG，并加入下面的抑制剂：
a.甲苯基三唑 281磅
b.硝酸钠 281磅
c.钼酸钠 281磅
2.在室温60-70°F下使用标准桨或螺旋桨或空气搅拌，混合1.5小时。
该方法也可用来制备由PG和EG的混合物组成的传热流体。例如，对于由30重量％PG和70重量％EG组成的传热流体，至少进行下面的步骤：
1.在空的6,500加仑或更大的主槽中放入17,435磅工业级PG；
2.向主槽中加入40,685磅工业级EG；
3.向主槽中加入下面的抑制剂：
a.甲苯基三唑 295磅
b.硝酸钠 295磅
c.钼酸钠 295磅
4.在室温60-70°F下使用标准桨或螺旋桨或空气搅拌，混合1.5小时。
上述的任一种方法都可在低到为通常配制常规的EG和PG抗冻冷却剂浓缩物所需的时间的1/6时间内，得到稳定的完全配制的非水传热流体。
在本发明进一步的实施方案中，提供了用于吸收热交换系统的水的配制流体，该流体在由水基传热流体转换成本发明的传热流体时特别有用。该配制流体被临时装入热交换系统中，在装入上述本发明非水传热流体以前将其放出。该配制流体含有EG和作为ADH酶抑制剂的多元醇，优选PG，以减小EG的毒性。该配制流体只是临时用于热交换系统，因此不需要通常的缓蚀剂，当然，如果需要也可以加入缓蚀剂。该配制流体由热交换系统中吸收水。该配制流体也可以多次使用，直到其被水饱和，此时，可将其进行处理或循环以除去吸收的水。在该配制流体中PG的浓度通常为该流体中EG和PG总重量的大约1％-大约50％。在优选的实施方案中，PG的浓度为该流体中EG和PG总重量的大约5％。
根据本文的教导，本领域的普通技术人员将认识到，在不偏离本发明的思想或范围的情况下，可以对本发明的上述实施方案进行大量变化和改进。因此，优选实施方案的详细说明应理解为是示例性而非限制性的。
Claims (39)
1.一种用于热交换系统的多元醇基传热流体，所述的传热流体包括：
(a)由乙二醇组成的第一多元醇；
(b)至少一种第二多元醇，其中所述的第二多元醇的作用是作为醇
脱氢酶的酶抑制剂，以及其中所述的第二多元醇的沸点高于约150℃；和
(c)至少一种缓蚀剂添加剂，其可以溶解于第一和第二多元醇。
2.权利要求1的传热流体，其中所述的缓蚀剂选自钼酸盐、硝酸盐和唑类。
3.权利要求1的传热流体，其中所述的多元醇占传热流体重量的约85wt％-约99.85wt％。
4.权利要求1的传热流体，其中所述的第二多元醇为丙二醇。
5.权利要求4的传热流体，其中乙二醇占多元醇总重量的约0wt％-约99wt％，以及丙二醇占多元醇总重量的约1wt％-约100wt％。
6.权利要求1的传热流体，其中所述的第二多元醇为甘油。
7.权利要求6的传热流体，其中乙二醇占多元醇总重量的约90wt％-约99wt％，以及甘油占多元醇总重量的约1wt％-约10wt％。
8.权利要求1的传热流体，其中所述的缓蚀剂由浓度为占传热流体总重量约0.05重量％-约5重量％的钼酸盐组成。
9.权利要求1的传热流体，其中所述的缓蚀剂由浓度为占传热流体总重量约0.05重量％-约5重量％的硝酸盐组成。
10.权利要求1的传热流体，其中所述的缓蚀剂由浓度为占传热流体总重量约0.05重量％-约5重量％的唑类组成。
11.权利要求8的传热流体，其中所述的钼酸盐为钼酸钠。
12.权利要求9的传热流体，其中所述的硝酸盐为硝酸钠。
13.权利要求10所述的传热流体，其中所述的唑类为甲苯基三唑。
14.权利要求1的传热流体，其中所述的缓蚀剂至少由下述组分之一组成：(i)浓度为占传热流体总重量约0.05重量％-约5重量％的钼酸钠，(ii)浓度为占传热流体总重量约0.05重量％-约5重量％的硝酸钠，或(iii)浓度为占传热流体总重量约0.05重量％-约5重量％的甲苯基三唑。
15.权利要求1的传热流体，其中
(a)在传热流体中含有占多元醇总重量约70重量％的乙二醇；
(b)在传热流体中含有占多元醇总重量约30重量％的丙二醇；
(c)含有传热流体总重量约0.5重量％的钼酸钠；
(d)含有传热流体总重量约0.5重量％的硝酸钠；和
(e)含有传热流体总重量约0.5重量％的甲苯基三唑。
16.一种用于热交换系统的传热流体，该流体含有至少一种沸点高于约150℃的多元醇，和以多元醇作为醇脱氢酶酶抑制剂的手段。
17.权利要求16的传热流体，其中作为醇脱氢酶酶抑制剂的多元醇是丙二醇。
18.权利要求16的传热流体，其中作为醇脱氢酶酶抑制剂的多元醇是甘油。
19.权利要求16的传热流体，其中进一步含有至少一种缓蚀剂添加剂，该添加剂可溶于乙二醇和作为醇脱氢酶酶抑制剂的多元醇。
20.权利要求19的传热流体，其中所述的缓蚀剂添加剂选自钼酸盐、硝酸盐和唑类。
21.权利要求19的传热流体，其中所述的多元醇占传热流体重量的约85wt％-约99.85wt％。
22.权利要求19的传热流体，其中所述的缓蚀剂由浓度为占传热流体总重量约0.05重量％-约5重量％的钼酸盐组成。
23.权利要求19的传热流体，其中所述的缓蚀剂由浓度为占传热流体总重量的约0.05重量％-约5重量％的硝酸盐组成。
24.权利要求19的传热流体，其中所述的缓蚀剂由浓度为占传热流体总重量的约0.05重量％-约5重量％的唑类组成。
25.权利要求22的传热流体，其中所述的钼酸盐为钼酸钠。
26.权利要求23的传热流体，其中所述的硝酸盐为硝酸钠。
27.权利要求24所述的传热流体，其中所述的唑类为甲苯基三唑。
28.权利要求19的传热流体，其中所述的缓蚀剂至少由下述组分之一组成：(i)浓度为占传热流体总重量约0.05重量％-约5重量％的钼酸钠，(ii)浓度为占传热流体总重量约0.05重量％-约5重量％的硝酸钠，或(iii)浓度为占传热流体总重量约0.05重量％-约5重量％的甲苯基三唑。
29.权利要求16的传热流体，其中至少一种多元醇是乙二醇。
30.一种减小乙二醇基传热流体毒性的方法，该方法包括以下步骤：
(a)提供一种乙二醇基的传热流体；和
(b)加入足量的作为ADH酶抑制剂的多元醇，以减小传热流体的毒性。
31.权利要求30的方法，其中在所述传热流体中作为ADH酶抑制剂的多元醇含有至少大约1wt％的乙二醇。
32.权利要求30的方法，其中所述作为ADH酶抑制剂的多元醇是丙二醇。
33.权利要求30的方法，其中所述作为ADH酶抑制剂的多元醇是甘油。
34.一种用于从热交换系统中吸收水的流体，该流体含有：
(a)由乙二醇组成的第一多元醇；和
(b)第二多元醇，其中所述的第二多元醇是作为醇脱氢酶酶抑制剂。
35.权利要求34的流体，其中所述的第二多元醇是丙二醇。
36.权利要求35的传热流体，其中所述的丙二醇的含量是乙二醇和丙二醇总量的大约1wt％-大约50wt％。
37.权利要求35的传热流体，其中所述丙二醇的含量是乙二醇和丙二醇总量的大约5wt％。
38.权利要求34的流体，其中所述的第二多元醇是甘油。
39.权利要求38的传热流体，其中所述甘油的含量是乙二醇和丙二醇总量的大约5wt％。
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